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创新催化配方提高了超低SHR苯乙烯单体的生产效率

June 20, 2019 催化剂 243

   超低蒸汽/烃比(SHR)苯乙烯单体生产工艺可以大大降低蒸汽消耗的高成本,但苯乙烯催化剂的高活性和高选择性不能总是限制生产效率等问题。科莱恩的高性能苯乙烯催化剂是这一瓶颈的完美突破。科莱恩的超低SHR机遇和挑战从乙苯生产苯乙烯单体需要超高温蒸汽作为能源和促进脱氢催化剂的反应。蒸汽消耗是生产成本的最大因素,因此优化工艺设计一直是工程师的一个艰苦的部分。

        自20世纪50年代以来,该行业的传统新工厂设计蒸汽/碳氢化合物比率(SHR)已从重量比2.5降至1.0。在当前的SHR处理条件下,催化剂即定义的超低SHR,所需的蒸汽量将显着减少,从而显着提高能量效率。然而,减少SHR是一个复杂的过程。乙苯脱氢成苯乙烯是吸热平衡反应,产物中的摩尔数增加。因此,高温,低压和高蒸汽比的反应环境更有利于反应的进行。蒸汽不仅有助于使平衡点向产物移动,而且还防止过度焦化和催化剂的过度还原。如果SHR较低,则转换率相应降低。实现超低SHR和创造价值的唯一途径是创新工艺技术并使用高活性和高选择性的催化剂。高活性和高选择性在相同操作温度下较高的催化剂活性提高了苯乙烯单体的产率。高选择性产生较高比例的苯乙烯单体并减少副产物形成,例如苯和甲苯。目前可用的苯乙烯单体催化剂只能在高活性和高选择性之间选择。这是因为催化剂活性的增加通常导致在超低SHR操作条件下选择性降低。

  结合日本Clarian's富山研发团队的努力,最终通过对大量催化剂配方的广泛研究和对比试验,生产出一种新型的乙苯脱氢催化剂。它在超低SHR条件下(重量比为1.0)成功地结合了高活性和高选择性。与以前的催化剂相比,这种前所未有的功能性催化剂使苯乙烯单体生产更加高效和环保,并且已经过行业领先的认证机构的全面测试。其性能和工艺匹配已被其新项目所认可。在较高的出口压力条件下,副产品生产大大减少。通常,弹性填料催化剂选择性与副产物的形成成反比。如图2所示,当在双反应器绝缘测试装置中使用新的苯乙烯单体催化剂和市场靶向催化剂时,产生典型量的副产物。 测量结果基于100%并且表示当使用基于市场的催化剂和常规的低出口压力设定时苯乙烯生产单元的副产物生产。在后一反应器中,分别测量在较低出口压力(34.5kPa)和较高出口压力(38kPa)下的副产物形成量。在后一种情况下,预计副产品产量将增加。如图2所示,在这两种情况下,科莱恩的新催化剂均优于市场基准催化剂。副产物的形成在较低的出口压力下降低约10%,在较高的压力下降低约15%。即使在更苛刻的环境中,也可以显着减少产生的副产物量,证明了科莱恩新催化剂的优异选择性。高出口压力下的稳定活性在分析科莱恩新催化剂的活性时,测试测量了维持64%转化率(T64)所需的入口温度,并将其与标准催化剂进行了比较。如果降低所需温度,则催化剂活性更高。值得注意的是,该试验在非常低的SHR条件(重量比1.02)下进行,这通常限制了催化剂活性和选择性。

  因此,预计在试验中副产物形成量将增加,并且需要越来越高的入口温度以保持恒定的转化率。试验分别在较低和较高的出口压力条件下进行。当出口压力高时,催化剂活性通常降低。这在标准催化剂的测试中发生:当出口压力较高时需要较高的入口温度。然而,在科莱恩新催化剂的测试中,出口压力越来越高所需的入口温度差别很小。这表明,无论出口压力如何,科莱恩的新催化剂都能保持良好的活性,并且具有出色的抗压力波动韧性。成功的商业应用这种新催化剂的第一次工业应用诞生于一家亚洲石化生产商的台湾苯乙烯生产厂。该生产商是一家完全整合的苯乙烯单体生产公司,年产能为24万吨。在2016年5月安装新催化剂后,该工厂迅速达到满负荷生产,并在比以前的操作温度更低的温度下迅速达到苯乙烯单体的设计和生产率。此外,与先前使用的催化剂的性能相比,新催化剂的选择性提高了0.4%,并且表现出比工业中的基准催化剂更高的稳定性。降低失活速率,并且稳定性增加速率通常用于评估催化剂的稳定性,并且失活速率受入口温度范围的限制。入口温度范围由过热蒸汽(约800℃)和预热的乙苯混合物决定。通常,两者之间的温度范围在600℃和650℃之间,这是工厂在催化剂寿命期间操作的典型入口温度范围。为了在固定操作条件(“常温”)下保持恒定的转化率或生产率,入口温度需要逐月增加,并且催化剂失活的速度是这个决定。失活速率和入口温度范围一起决定催化剂的使用寿命周期。通常,催化剂的失活速率为每月约1℃。

  在苯乙烯工厂,科莱恩的新催化剂表现出0.58℃/月的失活速率,表明新催化剂具有非常高的稳定性。总的来说,中国大陆的工厂的催化剂更换周期超过30至42个月。根据实验室测试结果,Klein的新型苯乙烯催化剂有望在至少42个月的运行中保持良好的性能。如图4所示,催化剂的高稳定性也在商业工厂应用中得到证实。在规模上,苯乙烯是石油化学工业中第四大塑料支柱产品,但生产苯乙烯的化学反应极其耗能。通过在超低SHR条件下同时实现高催化剂活性和高选择性,科莱恩的新型乙苯脱氢催化剂解决了苯乙烯生产中的关键棘手问题,为制造商提供了显着降低运营成本的机会。这种新型催化剂将成为世界上超低SHR苯乙烯单体生产的新基准。参考文献“科莱恩在超低蒸汽/油比下发布最高效的苯乙烯单体催化剂”,由国际石化有限公司(GPPC)于2016年11月8日由Shinyama,K。发布,Clariant Kazuhiko Shinyama是全球产品科莱恩催化剂的苯乙烯催化剂经理。他在乙苯脱氢苯乙烯催化剂方面拥有20多年的经验,并参与科莱恩亚太区的研发,技术服务,产品管理和催化剂销售。


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